Theo [18], trên đĩa nghiền, răng là vị trí chủ yếu thực hiện quá trình chổi hóa xơ sợi. Tức là thực hiện việc bóc tách hoặc đẩy lùi vách tế bào sơ cấp dọc theo chiều dài sợi. Quá trình này làm tăng độ mềm mại của xơ sợi.
Theo [21], số các dao nghiền trên đĩa nghiền có bán kính r đƣợc xác định là:
n(r)= rs b a r sin cos . ) ( . 2 (8)
Chiều dài nghiền phụ thuộc vào thông số thiết kế đĩa và đƣợc xác định là:
dr r n r n L R R r s( ). ( ) 2 1 (9) Trong đó:
+ L: Chiều dài nghiền;
+ a: chiều rộng răng nghiền, mm; + b: Chiều rộng rãnh nghiền, mm;
+ ns(r), nr(r): Số lƣợng răng nghiền trên đĩa cố định và đĩa quay; + R1, R2: Bán kính ngoài và bán kính trong của đĩa nghiền;
Các thông số chiều rộng răng, rộng rãnh, chiều cao răng, góc nghiêng răng đều quan hệ chặt chẽ tới kết quả quá trình nghiền. Chiều rộng của dao (a) là yếu tố liên quan mật thiết với số lƣợng dao và số lần cắt qua giữa hai dao nghiền đối diện. Nếu chiều rộng của dao nhỏ thì số lƣợng dao và số lần cắt qua giữa hai dao nghiền đối diện sẽ tăng và do đó sẽ tăng lƣợng xơ sợi nhƣng số xơ sợi bị cắt ngắn lại ít nhất. Chiều rộng của rãnh dao ảnh hƣởng đến dòng bột giấy chảy trong máy nghiền. Chiều rộng và chiều sâu của rãnh giảm sẽ giúp cho xơ sợi dễ dàng đƣợc tiếp xúc với lƣỡi dao nghiền, thúc đẩy quá trình nghiền nhƣng làm giảm khả năng chứa huyền phù và tốc độ dòng huyền phù bột giấy. Ngƣợc lại, nếu chiều sâu rãnh lớn sẽ làm cho dòng huyền phù đi qua máy nghiền mà không đƣợc nghiền. Góc dao ( ) ảnh hƣởng đến số lƣợng và chiều dài răng nghiền cũng nhƣ quá trình vận chuyển bột giữa các đĩa nghiền. Góc dao tăng sẽ làm tăng chiều dài lƣỡi cắt do đó sẽ tăng cƣờng quá trình nghiền và tăng lƣợng xơ sợi.
Việc lựa chọn các kích cỡ chiều rộng răng, rộng rãnh cũng phụ thuộc lớn vào loại vật liệu nghiền và mục đích nghiền. Theo [17], khi nghiền sợi ngắn hoặc mục đích nghiền là cắt ngắn sợi thì chiều rộng răng nghiền thƣờng hẹp, khi nghiền sợi dài hoặc
mục đích nghiền là chổi hóa sợi thì chiều rộng răng nghiền thƣờng lớn hơn. Theo [22], thông số đĩa nghiền phụ thuộc vào loại vật liệu sợi nhƣ bảng 1.6.
Bảng 1.6. Thông số lưỡi dao của máy nghiền đĩa với các loại xơ sợi
Kích thƣớc Xơ sợi gỗ mềm Xơ sợi gỗ cứng
Chiều dày của dao, mm 3.0 – 5.0 1.5 – 3.0
Chiều rộng của rãnh, mm 3.0 – 5.0 1.5 – 3.0
Độ sâu của rãnh, mm 5.0- 7.0 5.0
Theo [20], tùy theo độ bền của răng, nghiền sợi gỗ cứng đòi hỏi các răng hẹp hơn so với nghiền sợi gỗ mềm, chiều rộng rãnh nghiền ảnh hƣởng trực tiếp đến tuổi thọ của đĩa, xử lý sợi khi nghiền và sự vận chuyển của bột trong máy nghiền. Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: Thu hẹp khoảng cách giữa các dao cũng có tới hạn của nó do lực cản trong dòng chuyển động của bột giấy quyết định. Lực cản này lại phụ thuộc vào tính chất, thành phần và nồng độ bột giấy. Lực cản bột giấy tăng lên khi nồng độ bột tăng và chiều dài trung bình xơ sợi lớn. Trong quá trình nghiền bột giấy luôn có một phần bột nằm trong rãnh dao chuyển động xoáy tròn. Nếu kích thƣớc rãnh và chiều sâu của lƣỡi dao không đủ lớn dòng huyền phù sẽ không chuyển động tạo vòng xoáy và không tạo đƣợc bó sợi cho quá trình nghiền tiếp theo. Mặt khác, khi chuyển động xoáy nhƣ vậy các xơ sợi cọ sát với thành dao, lƣỡi dao và các xơ sợi với nhau, nhờ vậy mà xơ sợi đƣợc nghiền. Để dòng bột có thể chuyển động đƣợc trong rãnh dao thì kích thƣớc rãnh và chiều sâu của rãnh dao phải phù hợp với điều kiện thủy lực và kích thƣớc này phụ thuộc vào độ dài xơ sợi nghiền và cả nồng độ bột nghiền. Nếu xơ sợi càng dài thì kích thƣớc rãnh càng lớn [21].
Ngoài ra, hình dạng bề mặt dao nghiền trên đĩa nghiền có ảnh hƣởng quan trọng đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật nghiền của bột giấy. Để nghiền các loại bột giấy khác nhau có rất nhiều hình dạng dao nghiền. Cách thức bố trí và profin của dao thƣờng đƣợc sử dụng chỉ ra ở hình 1.13.
Theo [12,13], profin theo dạng (I) có mép răng sắc phù hợp với việc cắt ngắn xơ ở giai đoạn nghiền thứ nhất; ngƣợc lại, với các kiểu profin dao nghiền II và III thì phù hợp với quá trình nghiền nhằm phân tơ, chổi hóa và trƣơng nở của bột giấy trong nƣớc ở giai đoạn nghiền thứ hai.
Mặt khác, việc bố trí vị trí răng nghiền trên bề mặt đĩa sẽ ảnh hƣởng đến chế độ vận chuyển bột trong vùng nghiền, thời gian bột đƣợc xử lý trong vùng nghiền do đó nó ảnh hƣởng đến cả chất lƣợng bột và sự tiêu thụ năng lƣợng khi nghiền.
Theo [12], một số dạng bố trí răng nghiền đƣợc minh họa nhƣ hình 1.14.
Theo đó, kiểu (II), (III), (VI), (IX) thích hợp để nghiền mảnh và bán thành phẩm hiệu suất cao ở giai đoạn nghiền đầu tiên; kiểu (I), (IV), (V), (VII) và (VIII) thích hợp nghiền bột và bán thành phẩm hiệu suất cao trong giai đoạn nghiền thứ hai. Đối với nghiền ở giai đoạn hai thì theo kinh nghiệm sản xuất, bố trí dao kiểu (III) và (I) là nhiều ƣu điểm hơn cả.
Việc bố trí răng đĩa nghiền theo kiểu (I) và kiểu (III) đƣợc minh họa cụ thể hơn ở hình 1.15.
a) b)
Hình 1.14. Các thiết kế đĩa truyền thống
a. Các răng không song song, có góc tạo với phƣơng hƣớng kính bằng hằng số
b. Các răng song song với nhau
Đĩa nghiền đƣợc thiết kế theo kiểu III (hình 1.14.a), các răng trên bề mặt đĩa đƣợc bố trí không song song với nhau mà tạo với phƣơng bán kính một góc không đổi. Đĩa nghiền đƣợc thiết kế theo kiểu I (hình 1.14.b), trên bề mặt đĩa, răng và rãnh nghiền đƣợc bố trí thành các quạt răng và song song với nhau và tạo với phƣơng bán kính một góc không đổi. Trong đó, cách bố trí nhƣ hình 1.14a đƣợc sử dụng phổ biến nhất vì sự thuận lợi trong quá trình chuyển động của khối bột đến các dao nghiền và sự thuận lợi cho quá trình gia công chế tạo đĩa.
Mẫu đĩa nghiền đƣợc sử dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất giấy ở Việt Nam nhƣ nhà máy giấy Bãi Bằng - Phú Thọ, nhà máy giấy Trúc Bạch - Hà Nội, nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ - Thái Nguyên.